
Festkörperphysik
Description
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In dem ausgefeilten und klar strukturierten Lehrbuch werden alle wichtigen Teilgebiete der Festkörperphysik behandelt und anschaulich die grundlegenden Gesetzmäßigkeiten und die für die Festkörperphysik typische Betrachtungsweise eingeführt. Konsequente Berücksichtigung finden zudem die ungeordneten Festkörper, die in unserer Umwelt eine wichtige Rolle spielen und in der Wissenschaft zunehmend an Bedeutung gewinnen. Zur Illustration von experimentellen Ergebnissen werden nicht nur schematische Darstellungen präsentiert, sondern in erster Linie Originaldaten herangezogen. Hierdurch sollen nicht zuletzt auch die Schwierigkeiten verdeutlicht werden, denen ein Experimentalphysiker in der Praxis gegenübersteht. An die Kapitel schließen sich Übungsaufgaben an, die die unmittelbare Überprüfung des Gelernten ermöglichen.
"Dieses Buch ist inhaltlich das Beste für die Festkörperphysik-Vorlesung und ist aufgrund seiner Übersichtlichkeit und Strukturierung hervorragend als Lehrbuch geeignet."
Prof. Dr. Jochen Mannhart, Universität Augsburg
"Ein didaktisch hervorragendes Buch, das aktuelle Themen behandelt und die richtige Stoffauswahl bietet."
Prof. Abbas Farschtschi, TU Chemitz
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"Ein didaktisch hervorragendes Buch, das aktuelle Themen behandelt und die richtige Stoffauswahl bietet." Prof. Abbas Farschtschi, TU Chemitz "Ein ideales Buch zur Begleitung der Festkörperphysik-Vorlesung." Prof. Dr. J. Wosnitza, TU Dresden "Dieses Buch ist inhaltlich das beste für die Festkörperphysik-Vorlesung und ist aufgrund seiner Übersichtlichkeit und Strukturierung hervorragend als Lehrbuch geeignet." Prof. Dr. Jochen Mannhart, Universität AugsburgMore details
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Content
2 - 1 Vorbemerkungen [Seite 15]
3 - 2 Bindung im Festkörper [Seite 19]
3.1 - 2.1 Bindungstypen [Seite 20]
3.1.1 - 2.1.1 Bindungsenergie [Seite 22]
3.1.2 - 2.1.2 Abstoßung [Seite 23]
3.2 - 2.2 Van-der-Waals-Bindung [Seite 24]
3.2.1 - 2.2.1 Van-der-Waals-Kräfte [Seite 24]
3.2.2 - 2.2.2 Lennard-Jones-Potential [Seite 25]
3.2.3 - 2.2.3 Bindungsenergie von Edelgaskristallen [Seite 26]
3.3 - 2.3 Ionenbindung [Seite 28]
3.3.1 - 2.3.1 Abschätzung und Messung der Bindungsenergie [Seite 28]
3.3.2 - 2.3.2 Bindungsenergie von Ionenkristallen [Seite 30]
3.4 - 2.4 Kovalente Bindung [Seite 32]
3.5 - 2.5 Metallische Bindung [Seite 40]
3.6 - 2.6 Wasserstoffbrückenbindung [Seite 44]
3.7 - 2.7 Aufgaben [Seite 45]
4 - 3 Struktur der Festkörper [Seite 47]
4.1 - 3.1 Herstellung von Kristallen und amorphen Festkörpern [Seite 48]
4.1.1 - 3.1.1 Einkristallherstellung [Seite 48]
4.1.2 - 3.1.2 Legierungen [Seite 50]
4.1.3 - 3.1.3 Glasherstellung [Seite 57]
4.2 - 3.2 Ordnung und Unordnung [Seite 59]
4.3 - 3.3 Struktur der Kristalle [Seite 62]
4.3.1 - 3.3.1 Translationsgitter und Kristallsysteme [Seite 62]
4.3.2 - 3.3.2 Cluster und Quasikristalle [Seite 68]
4.3.3 - 3.3.3 Notation und Einfluss der Basis [Seite 72]
4.3.4 - 3.3.4 Einfache Kristallgitter [Seite 75]
4.3.5 - 3.3.5 Wigner-Seitz-Zelle [Seite 80]
4.3.6 - 3.3.6 Festkörperoberflächen [Seite 81]
4.3.7 - 3.3.7 Kohlenstoff-Nanoröhren [Seite 83]
4.4 - 3.4 Struktur amorpher Festkörper [Seite 84]
4.4.1 - 3.4.1 Paarverteilungsfunktion [Seite 85]
4.5 - 3.5 Aufgaben [Seite 88]
5 - 4 Strukturbestimmung [Seite 91]
5.1 - 4.1 Allgemeine Bemerkungen zur Strukturbestimmung [Seite 92]
5.2 - 4.2 Elementare Streutheorie [Seite 95]
5.2.1 - 4.2.1 Streuamplitude [Seite 95]
5.3 - 4.3 Fourier-Entwicklung von Punktgittern [Seite 97]
5.3.1 - 4.3.1 Reziprokes Gitter [Seite 98]
5.3.2 - 4.3.2 Brillouin-Zone [Seite 100]
5.3.3 - 4.3.3 Millersche Indizes [Seite 103]
5.4 - 4.4 Streuung an Kristallen [Seite 106]
5.4.1 - 4.4.1 Ewald-Kugel und Bragg-Bedingung [Seite 108]
5.4.2 - 4.4.2 Strukturfaktor [Seite 110]
5.4.3 - 4.4.3 Atom-Strukturfaktor [Seite 114]
5.4.4 - 4.4.4 Streuung an Oberflächen oder dünnen Schichten [Seite 117]
5.4.5 - 4.4.5 Phasenproblem bei Streuexperimenten [Seite 118]
5.4.6 - 4.4.6 Debye-Waller-Faktor [Seite 120]
5.5 - 4.5 Streuung an amorphen Substanzen [Seite 121]
5.6 - 4.6 Experimentelle Methoden [Seite 127]
5.6.1 - 4.6.1 Messverfahren [Seite 129]
5.6.2 - 4.6.2 Messungen an Oberflächen und dünnen Filmen [Seite 133]
5.7 - 4.7 Aufgaben [Seite 136]
6 - 5 Strukturelle Defekte [Seite 139]
6.1 - 5.1 Punktdefekte [Seite 140]
6.1.1 - 5.1.1 Leerstellen [Seite 141]
6.1.2 - 5.1.2 Farbzentren [Seite 145]
6.1.3 - 5.1.3 Zwischengitteratome [Seite 148]
6.1.4 - 5.1.4 Fremdatome [Seite 149]
6.1.5 - 5.1.5 Atomarer Transport [Seite 150]
6.2 - 5.2 Ausgedehnte Defekte [Seite 156]
6.2.1 - 5.2.1 Mechanische Festigkeit [Seite 156]
6.2.2 - 5.2.2 Versetzungen [Seite 159]
6.2.3 - 5.2.3 Korngrenzen [Seite 167]
6.3 - 5.3 Defekte in amorphen Materialien [Seite 169]
6.4 - 5.4 Ordnungs-Unordnungs-Übergang [Seite 172]
6.5 - 5.5 Aufgaben [Seite 175]
7 - 6 Gitterdynamik [Seite 177]
7.1 - 6.1 Elastische Eigenschaften [Seite 178]
7.1.1 - 6.1.1 Mechanische Spannung und Verformung [Seite 178]
7.1.2 - 6.1.2 Elastische Konstanten [Seite 181]
7.1.3 - 6.1.3 Schallwellen [Seite 182]
7.2 - 6.2 Gitterschwingungen [Seite 188]
7.2.1 - 6.2.1 Gitter mit einatomiger Basis [Seite 189]
7.2.2 - 6.2.2 Gitter mit mehratomiger Basis [Seite 194]
7.2.3 - 6.2.3 Bewegungsgleichung der Gitteratome [Seite 199]
7.3 - 6.3 Experimentelle Bestimmung von Dispersionskurven [Seite 202]
7.3.1 - 6.3.1 Dynamische Streuung, Quantisierung der Gitterschwingungen [Seite 202]
7.3.2 - 6.3.2 Kohärente inelastische Neutronenstreuung [Seite 206]
7.3.3 - 6.3.3 Debye-Waller-Faktor [Seite 209]
7.3.4 - 6.3.4 Experimentell ermittelte Dispersionskurven [Seite 209]
7.3.5 - 6.3.5 Lichtstreuung [Seite 213]
7.4 - 6.4 Spezifische Wärmekapazität [Seite 218]
7.4.1 - 6.4.1 Zustandsdichte der Phononen [Seite 219]
7.4.2 - 6.4.2 Spezifische Wärme in der Debye-Näherung [Seite 225]
7.4.3 - 6.4.3 Spezifische Wärme niederdimensionaler Systeme [Seite 230]
7.4.4 - 6.4.4 Nullpunktsenergie, Zahl der angeregten Phononen [Seite 231]
7.5 - 6.5 Schwingungen in amorphen Festkörpern [Seite 233]
7.5.1 - 6.5.1 Wärmekapazität von Gläsern bei sehr tiefen Temperaturen [Seite 235]
7.6 - 6.6 Aufgaben [Seite 240]
8 - 7 Anharmonische Gittereigenschaften [Seite 243]
8.1 - 7.1 Zustandsgleichung und thermische Ausdehnung [Seite 244]
8.2 - 7.2 Phonon-Phonon-Wechselwirkung [Seite 250]
8.2.1 - 7.2.1 Drei-Phononen-Prozess [Seite 250]
8.2.2 - 7.2.2 Ultraschalldämpfung in Kristallen [Seite 251]
8.2.3 - 7.2.3 Spontaner Phononenzerfall [Seite 256]
8.2.4 - 7.2.4 Ultraschalldämpfung in amorphen Festkörpern [Seite 257]
8.3 - 7.3 Wärmetransport in dielektrischen Kristallen [Seite 260]
8.3.1 - 7.3.1 Ballistische Ausbreitung von Phononen [Seite 261]
8.3.2 - 7.3.2 Wärmeleitung [Seite 262]
8.3.3 - 7.3.3 Phonon-Phonon-Stöße [Seite 264]
8.3.4 - 7.3.4 Streuung an Defekten [Seite 267]
8.3.5 - 7.3.5 Wärmetransport in eindimensionalen Proben [Seite 269]
8.4 - 7.4 Wärmeleitfähigkeit amorpher Festkörper [Seite 272]
8.5 - 7.5 Aufgaben [Seite 275]
9 - 8 Elektronen im Festkörper [Seite 277]
9.1 - 8.1 Freies Elektronengas [Seite 278]
9.1.1 - 8.1.1 Zustandsdichte [Seite 280]
9.1.2 - 8.1.2 Fermi-Energie, Fermi-Kugel [Seite 285]
9.2 - 8.2 Spezifische Wärme [Seite 289]
9.3 - 8.3 Kollektive Phänomene im Elektronengas [Seite 293]
9.3.1 - 8.3.1 Abgeschirmtes Coulomb-Potential [Seite 293]
9.3.2 - 8.3.2 Metall-Isolator-Übergang [Seite 295]
9.4 - 8.4 Elektronen im periodischen Potential [Seite 297]
9.4.1 - 8.4.1 Bloch-Funktion [Seite 298]
9.4.2 - 8.4.2 Näherung für quasi-freie Elektronen [Seite 302]
9.4.3 - 8.4.3 "Stark gebundene" Elektronen [Seite 309]
9.5 - 8.5 Energiebänder [Seite 316]
9.5.1 - 8.5.1 Metalle und Isolatoren [Seite 316]
9.5.2 - 8.5.2 Brillouin-Zonen und Fermi-Flächen [Seite 318]
9.5.3 - 8.5.3 Zustandsdichte [Seite 322]
9.5.4 - 8.5.4 "Zweidimensionale" hexagonale Festkörper: Graphen und Nanoröhren [Seite 325]
9.6 - 8.6 Aufgaben [Seite 330]
10 - 9 Elektronische Transporteigenschaften [Seite 333]
10.1 - 9.1 Bewegungsgleichung und effektive Masse [Seite 334]
10.1.1 - 9.1.1 Elektronen als Wellenpakete [Seite 334]
10.1.2 - 9.1.2 Ladungstransport in Bändern [Seite 339]
10.1.3 - 9.1.3 Elektronen und Löcher [Seite 342]
10.2 - 9.2 Ladungstransport [Seite 344]
10.2.1 - 9.2.1 Drude-Modell [Seite 344]
10.2.2 - 9.2.2 Sommerfeldsche Theorie [Seite 345]
10.2.3 - 9.2.3 Boltzmann-Gleichung [Seite 346]
10.2.4 - 9.2.4 Elektrischer Ladungstransport [Seite 348]
10.2.5 - 9.2.5 Elektronstreuung [Seite 351]
10.2.6 - 9.2.6 Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit [Seite 355]
10.2.7 - 9.2.7 Eindimensionale Leiter [Seite 359]
10.2.8 - 9.2.8 Quantenpunkte [Seite 362]
10.2.9 - 9.2.9 Luttinger-Flüssigkeit [Seite 366]
10.2.10 - 9.2.10 Thermische Leitfähigkeit [Seite 369]
10.2.11 - 9.2.11 Wiedemann-Franz-Gesetz [Seite 371]
10.2.12 - 9.2.12 Fermi-Funktion im stationären Gleichgewicht [Seite 372]
10.3 - 9.3 Elektronen im Magnetfeld [Seite 374]
10.3.1 - 9.3.1 Zyklotronresonanz [Seite 374]
10.3.2 - 9.3.2 Landau-Niveaus [Seite 379]
10.3.3 - 9.3.3 Zustandsdichte im Magnetfeld [Seite 384]
10.3.4 - 9.3.4 De-Haas-van-Alphén-Effekt [Seite 387]
10.3.5 - 9.3.5 Hall-Effekt [Seite 389]
10.3.6 - 9.3.6 Quanten-Hall-Effekt [Seite 392]
10.3.7 - 9.3.7 Quanten-Hall-Effekt in Graphen [Seite 399]
10.4 - 9.4 Aufgaben [Seite 400]
11 - 10 Halbleiter [Seite 403]
11.1 - 10.1 Intrinsische kristalline Halbleiter [Seite 404]
11.1.1 - 10.1.1 Bandlücke und optische Absorption [Seite 404]
11.1.2 - 10.1.2 Effektive Masse von Elektronen und Löchern [Seite 408]
11.1.3 - 10.1.3 Ladungsträgerdichte [Seite 411]
11.2 - 10.2 Dotierte kristalline Halbleiter [Seite 416]
11.2.1 - 10.2.1 Dotierung [Seite 416]
11.2.2 - 10.2.2 Ladungsträgerdichte und Fermi-Niveau [Seite 420]
11.2.3 - 10.2.3 Beweglichkeit und elektrische Leitfähigkeit [Seite 427]
11.3 - 10.3 Amorphe Halbleiter [Seite 430]
11.3.1 - 10.3.1 Elektrische Leitfähigkeit [Seite 432]
11.3.2 - 10.3.2 Defektzustände [Seite 435]
11.4 - 10.4 Inhomogene Halbleiter [Seite 440]
11.4.1 - 10.4.1 p-n-Übergang [Seite 440]
11.4.2 - 10.4.2 Metall/Halbleiter-Kontakt [Seite 449]
11.4.3 - 10.4.3 Halbleiter-Heterostrukturen und Übergitter [Seite 451]
11.5 - 10.5 Bauelemente [Seite 456]
11.5.1 - 10.5.1 Bauelemente basierend auf dem p-n-Übergang [Seite 456]
11.5.2 - 10.5.2 Transistoren [Seite 459]
11.5.3 - 10.5.3 Halbleiterlaser [Seite 463]
11.6 - 10.6 Aufgaben [Seite 465]
12 - 11 Supraleitung [Seite 467]
12.1 - 11.1 Phänomenologische Beschreibung [Seite 468]
12.1.1 - 11.1.1 Meißner-Effekt und London-Gleichungen [Seite 470]
12.1.2 - 11.1.2 Kritisches Magnetfeld und thermodynamische Eigenschaften [Seite 476]
12.2 - 11.2 Mikroskopische Beschreibung [Seite 480]
12.2.1 - 11.2.1 Cooper-Paare [Seite 480]
12.2.2 - 11.2.2 BCS-Grundzustand [Seite 486]
12.2.3 - 11.2.3 BCS-Zustand bei endlicher Temperatur [Seite 491]
12.2.4 - 11.2.4 Nachweis der Energielücke [Seite 492]
12.2.5 - 11.2.5 Kritischer Strom und kritisches Magnetfeld [Seite 497]
12.3 - 11.3 Makroskopische Wellenfunktion [Seite 500]
12.3.1 - 11.3.1 Flussquantisierung [Seite 501]
12.3.2 - 11.3.2 Josephson-Effekt [Seite 503]
12.4 - 11.4 Ginzburg-Landau-Theorie und Supraleiter 2.Art [Seite 509]
12.4.1 - 11.4.1 Ginzburg-Landau-Theorie [Seite 509]
12.4.2 - 11.4.2 Supraleiter 2.Art und Grenzflächenenergie [Seite 512]
12.4.3 - 11.4.3 Hochtemperatur-Supraleiter [Seite 517]
12.5 - 11.5 Aufgaben [Seite 523]
13 - 12 Magnetismus [Seite 525]
13.1 - 12.1 Dia- und Paramagnetismus [Seite 527]
13.1.1 - 12.1.1 Diamagnetismus [Seite 527]
13.1.2 - 12.1.2 Paramagnetismus [Seite 528]
13.2 - 12.2 Ferromagnetismus [Seite 537]
13.2.1 - 12.2.1 Molekularfeldnäherung [Seite 538]
13.2.2 - 12.2.2 Austauschwechselwirkung zwischen lokalisierten Elektronen [Seite 541]
13.2.3 - 12.2.3 Austauschwechselwirkung im freien Elektronengas [Seite 545]
13.2.4 - 12.2.4 Band-Ferromagnetismus [Seite 546]
13.2.5 - 12.2.5 Spinwellen [Seite 550]
13.2.6 - 12.2.6 Thermodynamik der Magnonen [Seite 552]
13.2.7 - 12.2.7 Ferromagnetische Domänen [Seite 554]
13.3 - 12.3 Ferri- und Antiferromagnetismus [Seite 555]
13.3.1 - 12.3.1 Ferrimagnetismus [Seite 555]
13.3.2 - 12.3.2 Antiferromagnetismus [Seite 556]
13.3.3 - 12.3.3 Riesen-Magnetowiderstand [Seite 559]
13.4 - 12.4 Spingläser [Seite 563]
13.5 - 12.5 Aufgaben [Seite 567]
14 - 13 Dielektrische und optische Eigenschaften [Seite 569]
14.1 - 13.1 Dielektrische Funktion, optische Messungen [Seite 570]
14.2 - 13.2 Lokales Feld, Clausius-Mossotti-Beziehung [Seite 573]
14.3 - 13.3 Elektrische Polarisation von Isolatoren [Seite 577]
14.3.1 - 13.3.1 Elektronische Polarisierbarkeit [Seite 578]
14.3.2 - 13.3.2 Ionenpolarisation [Seite 581]
14.3.3 - 13.3.3 Optische Phononen in Ionenkristallen [Seite 582]
14.3.4 - 13.3.4 Erzwungene Schwingungen in Ionenkristallen [Seite 585]
14.3.5 - 13.3.5 Phonon-Polaritonen [Seite 587]
14.3.6 - 13.3.6 Orientierungspolarisation [Seite 591]
14.3.7 - 13.3.7 Ferroelektrizität [Seite 600]
14.3.8 - 13.3.8 Exzitonen [Seite 605]
14.4 - 13.4 Optische Eigenschaften freier Ladungsträger [Seite 608]
14.4.1 - 13.4.1 Ausbreitung elektromagnetischerWellen in Metallen [Seite 609]
14.4.2 - 13.4.2 Longitudinale Schwingungen des Elektronengases: Plasmonen [Seite 613]
14.5 - 13.5 Aufgaben [Seite 617]
15 - Index [Seite 619]
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